h ciencia.p65 - Retrato do Brasil
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CIÊNCIA Nada é relativo Romildo Póvoa Relançado, livro de Bertrand Russel, escrito há 80 anos, explica que o trabalho de Einstein busca excluir o que é relativo para que as leis físicas independam das circunstâncias do observador Um século atrás, em 1905 portanto, era leitores tomem contato com uma pripublicado um artigo que provocou pro- morosa obra de divulgação da também fundas modificações no modo de se primorosa obra de Einstein, do qual explicarem diversos fenômenos natu- Russell foi contemporâneo e com quem rais, de se entender o Universo. O arti- manteve importantes relações pessogo saiu numa conceituada revista cien- ais, intelectuais e políticas. tífica alemã, chamada Annalen der No ABC da Relatividade, Bertrand Physic, sob o título “Sobre a Eletrodi- Russell expõe, logo de início, o equínâmica dos Corpos em Movimento”. Foi voco de uma expressão ainda hoje utilizada, a que afirma que o terceiro de autoria “tudo é relativo”, como se de Albert Einstein – ABC DA RELATIVIDADE a teoria da relatividade quirecém-doutorado Bertrand Russell Jorge Zahar, 2004 sesse dizer tal coisa, o que na Universidade de 176pp. R$ 33,00 é falso. Talvez seja curioso Zurique, na Suíça – a ser publicado e seria denominado Te- que a Teoria da Relatividade de oria da Relatividade Restrita ou Teoria Einstein queira demonstrar justamente o contrário: “excluir o que é relativo da Relatividade Especial. Em 1925, apenas 20 anos após o artigo e chegar a uma formulação das leis fíde Einstein ter se tornado público, sicas, de maneira que independam das Bertrand Russell, filósofo e lógico-ma- circunstâncias do observador” – setemático inglês (1872-1970), publicou gundo Russell. Na realidade o que a o livro ABC da Relatividade, primeiro teoria faz é mostrar como desconsidetexto importante de divulgação cientí- rar os efeitos das circunstâncias. fica da Teoria da Relatividade, ainda hoje um dos melhores do gênero e dos Dilatação do tempo Os primeiros capímais acessíveis à maioria dos interes- tulos do ABC mostram a importância da sados que não possuam conhecimen- Teoria da Relatividade na explicação e tos mais detalhados de física ou mate- previsão de fenômenos que ocorrem mática. Depois de estar esgotado em quando se consideram objetos movenportuguês há dezenas de anos, a Edi- do-se com altas velocidades, próximas tora Jorge Zahar teve a inteligente ati- à da luz. A velocidade da luz já havia tude de reeditá-lo, fazendo com que os sido inicialmente determinada a partir WWW.OFICINAINFORMA.COM.BR Rickey Rogers/ Reuters 100 anos da teoria da relatividade da observação e interpretação de uma diferença do instante de ocorrência de eclipses de satélites de Júpiter. Verificou-se que a luz se deslocava com a velocidade de aproximadamente 300.000 km por segundo no “éter”, substância que, acreditava-se na época, preencheria todo o Universo. Um famoso experimento realizado e refeito na década de 1890, o experimento de MichelsonMorley, mediu a velocidade de propagação da luz em diferentes posições em sua órbita. Espera-se verificar uma diferença de velocidades quando ela se movesse na direção do “vento de éter” em relação ao movimento na direção contrária. Mas o experimento mostrou não existir esta diferença. Para interpretar o resultado do experimento, Fitzgerald e Lorentz desenvolveram a idéia de que os corpos em movimento (no caso, os “braços” do equipamento) se contraem, o que explicaria as medidas realizadas. Essa hipótese é hoje conhecida como a hipótese de contração de Lorentz. De qualquer maneira, o experimento indicava que a velocidade da luz era a mesma em todas as direções. A constância da velocidade da luz (no vácuo, já que a idéia da existência do éter foi abandonada) em diferentes REPORTAGEM N.69 JUNHO 2005 49 Pesquisa ODI Russell: apenas 20 anos após Einstein publicar a Teoria da Relatividade Especial, o filósofo britânico lançou seu ABC referenciais inerciais (aqueles que estão em repouso entre si ou deslocando-se em relação ao outro com velocidade constante) foi um dos pilares da Teoria da Relatividade Restrita de Einstein. Utilizando isso como um postulado, além da idéia de que todas as leis físicas são as mesmas em quaisquer referenciais inerciais, Einstein desenvolveu equações que também mostravam o efeito da contração de um corpo em movimento. Entretanto, a contração não seria um “fato físico”, mas sim “o resultado de certas convenções de medição”, como ensina Russell. Além disso, a teoria indicava que se medirmos a massa de um objeto, seu valor será maior quanto mais alta for a velocidade daquele corpo em relação a um dado referencial. E ainda que o intervalo de tempo medido será diferente (menor) daquele medido com o objeto em repouso. Esse último efeito, chamado “dilatação do tempo”, é um dos mais instigantes da teoria e decorre também da noção de que tempo e espaço não podem ser tratados independentemente, como ocorre na teoria clássica de Isaac Newton, mas sim de forma interrelacionada. Einstein estabeleceu o espaço-tempo, conceito fundamental para a compreensão da teoria. Ele decorre, entre outras razões, da verificação, a partir dos postulados da relatividade, particularmente daquele que define que a velocidade da luz independe do referencial 50 REPORTAGEM N.69 JUNHO 2005 inercial considerado, de que eventos que são simultâneos num referencial, não o são necessariamente em outros. Um pode ocorrer primeiro que o outro em diferentes referenciais. As réguas, os relógios e as balanças (os equipamentos de medida) medirão intervalos de “espaço” (comprimentos), intervalos de “tempo” e massas diferentes em diferentes referenciais, dependendo da velocidade em que se deslocam. Como esclarece Bertrand Russell no ABC da Relatividade, “a teoria da relatividade especial surgiu como uma maneira de explicar os fatos do eletromagnetismo”. As leis fundamentais do eletromagnetismo foram formuladas por James Clerk Maxwell no século 19, que considerou a luz como um fenômeno eletromagnético, o que foi comprovado posteriormente pelos experimentos de Hertz. A extensão da Teoria da Relatividade para referenciais não-inerciais (que se deslocam com velocidade variável em relação a outros) foi desenvolvida na Teoria da Relatividade Geral, publicada por Einstein em 1916. Ele desenvolveu um pouco antes uma nova idéia sobre a “gravitação”. Geometria do espaço-tempo Segundo a teoria newtoniana, existiria uma “força gravitacional” entre dois corpos quaisquer (que se atrairiam na razão direta de suas massas e na razão inversa do quadrado da distância entre eles). Einstein lançou mão de uma geometria não-euclidiana elaborada por Riemann em meados do século 19. Essa geometria, na qual pode-se utilizar três dimensões indicando posições no espaço e uma quarta, indicando a “posição” no tempo permitiu eliminar o conceito de “força gravitacional” e explicar os “fatos ou fenômenos gravitacionais” como decorrentes da geometria do “espaço-tempo”, alterada nas proximidades de um corpo de acordo com a massa que ele possui e sua concentração de matéria. Um fenômeno então conhecido como “o avanço do periélio de Mercúrio”, não contemplado pela teoria newtoniana, pode ser explicado adequadamente pela relatividade geral e a teoria da gravitação de Einstein. Em decorrência da interpretação da gravidade como resultante da curvatura do espaço-tempo afetada pela massa, Einstein pode prever, entre outras coisas, que a luz das estrelas se deslocaria não em linha reta, mas numa linha curva ao passarem, por exemplo, nas proximidades de um astro de grande massa, como o Sol. Em 1919, por ocasião de um eclipse total do Sol, medidas efetuadas em Sobral, no Ceará, e em outros locais da Terra, mostraram que a previsão de Einstein com relação às posições em que as estrelas seriam observadas (diferentes daquelas quando o Sol não estivesse entre elas e a Terra) estava correta. Hoje existe em Sobral o Museu do Eclipse em comemoração à importância das fotografias e medições efetuadas naquele eclipse, que contribuíram para referendar a teoria da relatividade geral de Einstein e sua interpretação dos “fenômenos gravitacionais”. A aplicação das Teorias da Relatividade (Restrita e Geral) na reelaboração de conceitos físicos, como os de massa, momento, energia e ação, e na Cosmologia – ciência que procura desenvolver modelos para explicar os fenômenos de grande escala do Universo – foi fundamental para importantes avanços no conhecimento humano sobre a interpretação de fenômenos naturais, como a chamada “Expansão do Universo”. Observações astronômicas efetuadas a partir da primeira metade do século passado mostraram que as galáxias estão se afastando uma das outras (exceto algumas, por razões explicáveis) como se o Universo estivesse se inflando, expandindo. Modelos cosmológicos, tendo como base a Relatividade Geral e geometrias nãoeuclidianas, permitem explicar razoavelmente este e outros fatos observados. Possibilitaram também a previsão da existência dos buracos negros, corpos nos quais a concentração de matéria é tão intensa que a curvatura do espaço-tempo se torna tão pronunciada que toda a matéria circundante em suas proximidades “cai” em sua direção, além de impedir a saída da luz ou outras radiações eletromagnéticas. Essa interação entre matéria e espaçotempo é representada elegantemente numa equação simbólica matemática extremamente sintética e apenas aparentemente simples, cujo primeiro termo mostra como o espaço-tempo é curvado pela matéria e o segundo indica como a matéria pode posicionar-se e mover-se no espaço-tempo. É essa equação que permite aos físicos criarem os modelos cosmológicos WWW.OFICINAINFORMA.COM.BR relativísticos. Atualmente, computadores dos mais poderosos são usados para obter numericamente soluções das intrincadas equações desenvolvidas, que podem corresponder à descrição dos campos ao redor de estrelas, ao redor de buracos negros ou mesmo de todo o Universo. No derradeiro capítulo do ABC, Russell discute as conseqüências filosóficas da teoria da relatividade. Ele, como um expoente filósofo e lógico-matemático, possuía todas as condições para tal discussão que desenvolve com maestria. E também com maestria, finaliza: “Após lidar com linhas inteiras de equações, em que os símbolos representam coisas cuja natureza intrínseca nunca poderemos conhecer, o físico chega finalmente a um resultado que pode ser interpretado em termos de nossas próprias percepções, e utilizado para produzir efeitos desejados em nossas próprias vidas. O que sabemos sobre a matéria, por mais abstrato e esquemático que seja, é o bastante, em princípio, para nos revelar as regras segundo as quais ela produz percepções e sensações em nós; é dessas regras que os usos práticos da física dependem”. O século decorrido desde a publicação da Teoria Especial da Relatividade constitui, no entanto, um intervalo de tempo pequeno, em termos históricos, para que se possa avaliar a real dimensão de um trabalho sem a inevitável contaminação dos juízos do avaliador pelo que está avaliando. Hoje, ainda vivemos os desenvolvimentos, as conseqüências e as explorações práticas das teorias físicas revolucionárias que surgiram no início do século passado. Na primeira metade do século 20, mudanças econômicas, sociais, políticas e culturais experimentadas por todo o mundo, e principalmente pela Europa e EUA, se processaram de maneira célere. O mundo das idéias foi agitado por revolucionárias teorias oriundas das ciências naturais – a Evolução, de Darwin e Wallace; os quanta, de Plank, Einstein e Bohr; e as Relatividades, Restrita e Geral, de Einstein – deixan- do historiadores e filósofos atônitos, aturdidos, perplexos. Concomitantemente, o impacto prático, no mundo real, da aplicação das tecnologias na crescente produção industrial da Europa e EUA, já naquela época, alterou de forma drástica as relações econômicas e sociais entre os indivíduos e entre as nações. Houve, como nunca ocorreu antes, uma complexa e intrincada trama entre o desenvolvimento específico, interno, da Física – Ciência Natural por excelência – e das demais áreas do pensar e fazer humanos. Questão central A abordagem histórica dos acontecimentos científicos, inserindo-os no contexto em que ocorreram, é, sem dúvida, uma das formas mais eficazes para a condução a uma compreensão mais completa de como a ciência é construída e como é interligada ao entorno cultural, econômico, social e político dos cientistas e das instituições que os abrigam. Se é verdade que o entorno de Einstein exerceu sobre ele influências determinantes em sua maDAS PATENTES À RELATIVIDADE WWW.OFICINAINFORMA.COM.BR nazismo, em 1933 emigrou para os EUA, tornando-se professor de Física Teórica no Instituto para Estudos Avançados de Princeton, New Jersey, onde faleceu em 18 de abril de 1955. Einstein publicou vários outros trabalhos importantes, Pesquisa ODI Einstein começou a ganhar notoriedade em 1905, com a publicação de artigos científicos. O primeiro deles foi sobre o movimento browniano (a respeito do movimento de partículas num fluido); o segundo, sobre o efeito fotoelétrico (pelo qual recebeu, em 1921, o prêmio Nobel de Física); o terceiro, o que originou o que é denominado Teoria da Relatividade Restrita ou Teoria da Relatividade Especial. No quarto artigo apresentou a famosa fórmula de conversão de matéria em energia: E=mc2 energia (E) é igual à massa (m) multiplicada pela velocidade da luz (c) elevada ao quadrado. Einstein alcançou fama ainda bem jovem ele nasceu em Ulm, em Württemberg, Alemanha, em 14 de março de 1879. Quando tinha praticamente um mês e meio de vida sua família passou a morar em Munique, onde posteriormente estudou no Luitpold Gymnasium. Mais tarde morou na Itália e estudou em Aarau, Suíça onde, a partir de 1896, ingressou na Escola Politécnica Federal Suíça, diplomandose como professor de física e matemática em 1901. Acabou, entretanto, trabalhando no Escritório de Patentes suíco. Casou-se com a matemática Mileva Maric em 1903, com quem teve uma filha e dois filhos. Nos anos seguintes, tornou-se docente particular em Berna (1908), professor extraordinário em Zurich (1909), diretor do Instituto de Física Kaiser Wilhelm e professor da Universidade de Berlim, na Alemanha (a partir de 1914). Separou-se de Mileva em 1919 e imediatamente casou-se com sua prima Elsa Löwenthal, falecida em 1936. Em decorrência de ser judeu e de sua posição contrária ao entre os quais a Teoria da Relatividade Geral, em 1916, que possibilitou um enorme desenvolvimento da Cosmologia, com a elaboração de leis que permitiram construir novo modelo do Universo. Nos últimos anos de vida procurou estabelecer uma Teoria Unificada que possibilitaria a criação de um único modelo de explicação da gravitação e do eletromagnetismo. Não teve tempo de atingir seu objetivo. REPORTAGEM N.69 JUNHO 2005 51 Pesquisa ODI 52 REPORTAGEM N.69 JUNHO 2005 Pesquisa ODI significativa das mentes mais brilhantes do planeta encontrava-se na Alemanha, principalmente, em Berlim. No “esforço de guerra”, durante a 1ª Guerra Mundial, entretanto, a Alemanha não pode contar com a participação ativa de grande parte de seus cientistas. Muitos, na verdade, acabaram deixandoa e emigrando para outros países da Europa ou para os EUA. Fenômeno semelhante ocorreu no período em que transcorreu e no que antecedeu a 2ª Guerra Mundial. Segundo alguns historiadores, o Estado Nazista nutria um certo menosprezo pelos eruditos e pelos acadêmicos (Hitler considerava-se um homem do povo, possuindo um discurso populista) e esse foi um dos faMenosprezo nazista A vida de tores que contribuíram significativaEinstein (ver Das patentes à relativi- mente para o fracasso alemão na 2ª dade, na página anterior) transcorreu Guerra, principalmente através de sunum mundo em constantes mudanças cessivos reveses na área de inteligência, no planejamenNewton, Leibniz (acima) e Bohr (abaixo): como to estratégico, apliEinstein e outros físicos e matemáticos, muitas cação tecnológica, vezes eles escreveram mais como filósofos que como cientistas desenvolvimento e pesquisa científica. A determinação das causas e implicações políticas desse comportamento de parte da intelectualidade germânica é terreno fértil para pesquisas e discussões. Principalmente quando permite fazer comparações, analogias e inferências sobre a conformação social, polítigeopolíticas e econômicas. A guerra ca e cultural do mundo globalizado na entre a Rússia e o Japão, em 1904-5, e a atualidade – integração econômica Revolução Russa, de 1905 (que Lenin versus fragmentação política; globalichamou de “ensaio geral para a Revo- zação “pasteurizada” de costumes lução de 1917”); a 1ª Guerra Mundial, versus reafirmação de valores cultude 1914-18; a Revolução Russa, em rais locais; etc. 1917; a Crise da Bolsa de Nova Iorque, Algumas posições políticas de Einstein em 1929; a 2ª Guerra Mundial, de 1939- quanto às duas Guerras Mundiais en45. São todos eventos contemporâne- fatizam sua repulsa aos nacionalismos os a Einstein e de importância basilar e à belicosidade e permite incursões para a compreensão da geopolítica do intelectuais sociológicas, culturais e políticas ao entorno de Einstein, enrimundo atual. No início do século 20, uma parcela quecendo não apenas a compreensão neira de pensar e agir, não é menos verdade que o mundo não seria, nem de longe, o mesmo sem Einstein. Até que ponto o meio determina ou é determinado pelos indivíduos? Essa é uma questão central para a compreensão da história. A vida e a obra das pessoas, consideradas individualmente, é quase sempre irrelevante para a história. As exceções a essa regra – como Jesus Cristo, Buda e Maomé, ou Newton, Darwin e Einstein – são fenômenos relativamente raros e merecem atenção especial. Ao estudarmos a vida e a obra de Einstein, historicamente recentes e com riqueza de detalhes, podemos ponderar com mais propriedade sobre essa questão. Quais os determinantes históricos relevantes para que pudessem florescer as idéias de Einstein e quais as implicações históricas posteriores dessas mesmas idéias? de como a ciência é feita – como o cientista (o “grande” cientista) trabalha –, mas, também, permitindo uma compreensão mais profunda de como a nossa civilização veio a ser o que é. Einstein, como Bohr, Mach, Newton, Leibniz, Pascal, e muitos outros físicos e matemáticos, muitas vezes escreveu mais como filósofo que como cientista. Atitude até certo ponto normal, uma vez que o cientista é, de fato, um filósofo natural, praticante que é da filosofia natural (a ciência). Não é ignorada, ao menos nos países de língua inglesa, a enorme influência da obra de Newton no pensamento de Kant, Hume e muitos outros pilares da filosofia moderna. Também não há quem negue o fato de que o sucesso da filosofia natural de Newton, a Física, ditou padrões de desenvolvimento epistemológico a outras áreas do saber humano. Disciplinas próximas à Física, como a Química e a Biologia, e mesmo a outras mais distantes (principalmente através dos positivistas Comteanos), como a sociologia, a história e a geografia, durante muito tempo tiveram como paradigma epistemológico a física newtoniana. Menos reconhecida é a importância da obra de Faraday e Maxwel para o desenvolvimento da filosofia no final do século passado e início deste século (principalmente entre os neopositivistas e os positivistas lógicos). Da leitura do livro de Russell pode-se concluir que, embora saibamos muito pouco, é assombroso que saibamos tanto – e ainda mais assombroso que tão pouco conhecimento possa nos dar tanto poder. Romildo Póvoa Faria é da Pró-Reitoria de Extensão e Assuntos Comunitários da Unicamp, coordenador do Planetário de Campinas e escritor. WWW.OFICINAINFORMA.COM.BR